改性水性硅酸鹽對混凝土保護作用的探討研究

孫昌軍

（浙江賽凡新材料有限公司）

0 前言

混凝土屬于堿性物質，只有保持混凝土的這種堿性，才能維持混凝土應有的強度和耐久性。而混凝土在自然界中裸露的話，就會遭受雨水，紫外線，油污等的侵蝕，通常雨水為弱酸性，但在大氣嚴重污染下，雨水的酸性變得更強，這樣的酸雨會使混凝土逐漸失去堿性，日趨中性化，日久天長， 混凝土就會疏松，失去強度，從而縮短使用壽命。同時，雨水也會逐漸滲透腐蝕 鋼筋，混凝土表面也會經常出現銹跡斑痕，影響外觀。

國外也有很多種有機硅保護劑產品，如異丁基硅烷、辛基或異辛基硅烷，通過在混凝土表面刷涂長鏈硅烷偶聯劑起到保護混凝土的作用，然而這樣成本太高，而且長鏈硅烷偶聯劑對混凝土強度幾乎沒有什么幫助。本文通過無機酸和有機硅偶聯劑改性堿性硅酸鈉和硅酸鋰的方法，在混凝土表面涂刷改性水性硅酸鹽達到增強和保護混凝土的效果。

1 主要試驗材料與試驗方法

1.1 主要試驗材料

（1）硅酸鈉溶液 工業級 濃度38.5% 模數3.2-3.4

（2）硅酸鋰溶液 工業級 濃度22% 模數4.8

（3）磷酸溶液 試劑級 濃度 ≥85%

（4）甲基三甲氧基硅烷 工業級 濃度99% 分子量 136.22

（5）丙級三甲氧基硅烷 工業級 濃度99% 分子量 164.2749（6）50% KOH溶液

（7）10cm*10cm*10cm C25混凝土塊 15塊

1.2 試驗方法

（1）莫氏硬度 應用劃痕法將棱錐形金剛鉆針刻劃所試礦物的表面而發生劃痕，習慣上礦物學或寶石學上都是用莫氏硬度。用測得的劃痕的深度分十級來表示硬度（刻劃法）：滑石1（硬度最小），石膏2，方解石3，螢石4，磷灰石5，正長石6，石英7，黃玉8，剛玉9，金剛石10。

（2）耐磨度 在規定壓力下使用旋轉的砂輪或砂紙摩擦物件表面，規定轉數下試樣的重量損失或厚度減少。

（3）抗水份滲透a% 在同等時間內，水份滲透到混凝土塊里面的量a%=水份滲透的量/時間

2 試驗結果和分析

本研究利用硅酸鹽經無機酸和有機硅烷偶聯劑進行復合改性處理，有機硅偶聯劑采用甲基三甲氧基硅烷和丙基三甲氧基硅烷等，無機酸采用磷酸。經無機物和有機硅偶聯劑對水玻璃復合處理后，硅酸鹽的粘結能力，干燥速度，防水性都有很大程度的提高。

（1）酸改性硅酸鹽 在1000m1的容器內將X克的硅酸鈉溶液和少量的硅酸鋰溶液攪拌混合均勻，在另一個 500m1的燒杯內稱取適量水和 Mg磷酸（X/M=100/1,100/2,100/3,100/4）并混合均勻！在硅酸鹽攪拌的情況下，將磷酸的水溶液快速加入硅酸鹽溶液中。這樣做的目的是提高硅酸鈉的模數，從而提高硅酸鈉的耐水性，同時硅酸鋰和硅酸鈉之間能夠很好結合。

表1 硅酸鈉和磷酸的質量比（X/M）

根據表1 磷酸的量最后我們選擇了100/3試驗的最佳量。

我們把這時的溶液標稱為S溶液。

（2）偶聯劑改性 在500m1的燒杯中稱取少量W可水，在水中滴入微量的磷酸，在攪拌的情況下加入適量的甲基三甲氧基硅烷和丙級三甲氧基硅烷混合物，隨著時間的延長，硅烷慢慢的水解，溶液也逐漸的透明，待溶液完全透明后，將溶液加入50%的氫氧化劑溶液中，從而得到穩定的帶有丙基基團的防水劑。

此時的溶液我們標稱為Y溶液。

（3）混凝土塊的強度和滲透性 將15塊混凝土塊分成三組，A組為空白樣塊；B、C兩組浸涂在上述S和Y按比例混合的混合溶液10min，然后取出。 兩日后，待B、C組表面的液體全部干燥后開始測試。測試結果如表2

表2 混凝土樣塊的各種性能對比

3 、前景

近年來，我國商品混凝土發展迅速，據不完全統計，2012年中國商品混凝土產量接近7.9億立方米，同比2011年的6.9億立方米增長了14.49%,可是很多鋼筋混凝土結構的耐久性受到很大影響，銹斑、細微裂縫等輕微破壞處變得很普遍。

過去，混凝土防護大多采用涂料，但常規涂料都有一個共同的致命缺點，就是耐紫外線差，暴露在大氣中容易受到空氣、水汽、陽光的作用，使涂料的高分子鏈斷裂或者老化，從而影響涂層的使用年限。

本文通過改性水性硅酸鹽目的在于提高混凝土的表層密實度，抗滲性和耐蝕性等，混凝土的主要成分為 SiO2，水性硅酸鹽的主要成分為硅酸根離子，通過大量硅酸根離子與水泥里游離的Ca2+、Mg2+發生硅鈣反應，生產不溶于水的硅酸鈣、硅酸鎂從而填充混凝里的孔隙，提高混凝土的交聯度，增加密實度和混凝土強度；而有機硅的自交聯干燥后在混凝土表面形成一個致密的保護層，這樣就能夠與基材水泥牢固結合在一起。

改性硅酸鹽的優勢：

1、原材料豐富，成本低廉

原材料無機硅酸鹽（硅酸鈉、硅酸鉀、硅酸鋰）我國是硅酸鈉的生產大國，始于1883年，目前生產能力和產量居世界第一位，目前，全國生產企業有200多家，主要集中在山東、江蘇等地區；硅酸鈉今年來生產能力發展迅猛，進入了快速增長期。硅酸鈉2004年生產能力為110萬噸，2009年達到200萬噸，年增長率為16%，達到世界總產量的36%。

2、生產簡單，投入少

生產工藝簡單，基本只需攪拌設備，不涉及反應器和加熱設備！投入少，操作簡單！

3、VOC低，施工簡單

除了丙基偶聯劑水解過程中產生少量的醇，此時的少量醇也是被大量的水所稀釋，其他所有的步驟都是在水性體系下進行。

4、耐候性好

硅材料在陽光直射、水汽、酸雨等惡劣的氣候條件下，能保持材料性能不變，是半永久性材料。

4 、結論

改性后的硅酸鹽溶液能有效地堵塞混凝土內部微細裂縫和毛細空隙，使混凝土結構具有持久的防水功能和更好的密實度及抗壓強度。滲透深度深，同時還能有效地阻止酸性物質對混凝土的侵蝕。更可以抗氯離子對混凝土的破壞侵蝕。對混凝土里面的鋼筋也有一點的保護作用。

大量的公路、橋梁、碼頭、沿海建筑物的保護，都是我們的廣闊市場！我國大量的工程處于維修和保養期，其中大部分混凝土構件表面需要進行保護處理，新型保護材料有著十分廣闊的市場。有關長期的跟蹤試驗，目前還在繼續。